Le château de transport du combustible qui alimente le réacteur WR-1
Le WR-1 est unique parmi les réacteurs de recherche
Le réacteur WR-1, principale installation expérimentale de l'Etablissement de Recherches Nucléaires de Whiteshell, est unique parmi les réacteurs de recherche grâce à sa souplesse d'emploi; il est aussi le seul au monde dont le modérateur est de l'eau lourde et le caloporteur un fluide organique.
L'histoire du WR-1 a commencé dans les dernières années 1950 lorsque les chercheurs de l'EACL se sont rendu compte que de substantielles économies pourraient être réalisées si l'on pouvait mettre au point de grands réacteurs CANDU (combustible: uranium naturel, modérateur: eau lourde) employant un caloporteur organique au lieu de l'eau lourde pressurisée. Les fluides organiques sont, en effet, bien moins coûteux que l'eau lourde et leur point d'ébullition élevé permet d'avoir des systèmes primaires de transport de chaleur fonctionnant à basse pression. On pouvait, donc, envisager une nouvelle réduction des coûts d'équipement. Par ailleurs, le système de transport de chaleur à basse pression rend possible l'emploi, dans le coeur du réacteur, de matériaux structurels absorbant moins de neutrons.
Le liquide organique HB-40, que l'on a choisi comme caloporteur pour le réacteur WR-1, est un mélange de terphényles traités catalytiquement avec de l'hydrogène pour produire des hydrocarbures saturés à 40%. Les terphényles sont des dérivés pétrochimiques faciles à obtenir et déjà employés comme caloporteurs.
La construction du réacteur WR-1, qui a coûté $14,500,000, a commencé en 1963 sur un site déboisé situé en bordure de la rivière Winnipeg à 65 milles au nord-est de la ville du même nom au Manitoba. Les charpentes d'acier ont été érigées en 1964 et le réacteur WR-1 était achevé en juin 1965. Il a divergé pour la première fois le 1er novembre 1965. Unique parmi les réacteurs de recherche, le WR-1 a été conçu pour mettre à l'essai des éléments et des systèmes différents: combustibles, canaux de combustible, caloporteurs et configurations de réseaux.
CONCEPTION DU RÉACTEUR WR-1
La cuve cylindrique du WR-1 est en acier inoxydable. Elle mesure environ 5 m de hauteur et 3 m de diamètre. Elle est traversée par des tubes qui débouchent en bas à l'extérieur du bouclier inférieur et en haut à l'extérieur du bouclier supérieur où ils rejoignent les canalisations de caloportage. Ces tubes du cuve renferment les tubes de force qui contiennent le combustible et le caloporteur.
Le fluide organique est canalisé dans trois circuits qui alimentent, chacun, environ un tiers des 54 tubes de force. Trois boucles d'essai des caloporteurs organiques et une boucle d'essai d'eau pressurisée sont rattachées, chacune, à un tube de force.
La charge initiale du WR-1 a été du bioxyde d'uranium légèrement enrichi à 2.4% en poids d'uranium 235. Les tubes de force passant dans le coeur du réacteur étaient, originellement, en acier inoxydable, à l'exception de quatre tubes en alliage de zirconium. Par la suite, tous les tubes de force en acier inoxydable ont été remplacés par des tubes en alliage de zirconium (Ohzenite 0.5). Par ailleurs, le bioxyde d'uranium employé originellement comme combustible a été remplacé par du monocarbure d'uranium enrichi à 1.3 - 1.95% en poids d'uranium 235. Par suite de la petite taille du coeur du WR-1, il s'avère toujours nécessaire d'enrichir quelque peu le combustible. La gaine de la plupart des éléments combustibles est constituée d'un alliage de zirconium comprenant 2.5% de niobium. On a, cependent, irradié des éléments expérimentaux gainés de SAP (poudre d'aluminum frittée), de Zircaloy 4 et d'Ozhenite 0.5.
La chaleur engendrée dans le réacteur WR-1 est dissipée dans la rivière avoisinante par l'intermédiaire d'échangeurs de chaleur. On ne projette pas, à Whiteshell, d'employer cette chaleur pour produire de l'électricité.
Fonctionnement du réacteur WR-1
Après sa divergence initiale le 1er novembre 1965, le WR-1 a fonctionné pendant plus de deux mois à faible puissance, période durant laquelle il a subi des épreuves de physique et des essais de mise en service. Le réacteur No 1 de Whiteshell a atteint sa première puissance thermique importante le 5 décembre 1965 et sa pleine puissance en janvier 1966. Depuis lors, sa disponibilité moyenne a été supérieure à 85% et son efficacité moyenne a été d'environ 70%. Ce sont là de très bons résultats pour un réacteur de recherche. Ils confirment le bien-fondé de sa conception. Le caloporteur organique du WR-1 a une température de sortie qui atteint la plupart du temps le chiffre élevé de 400oC.
Le fonctionnement du WR-1 donne vraiment peu d'ennuis. Il est vrai
que le fluide organique a pris feu quelquefois. On a pu, cependent,
éteindre facilement les flammes et il y a eu très peu
de dommages. Un circuit du système de transport de chaleur a
été contaminé
à cause d'un élément combustible
expérimental défectueux, ce qui a nécessité
un arrêt
de six semaines. En général, la performance des
composantes du WR-1 a été très fiable et ce, dans un
environnement organique à haute température. Les circuits
primaires et leurs abords immédiats n'ont subi aucune contamination
radioactive importante, ce qui est une prouesse exceptionnelle. Enfin,
il est facile, dans le WR-1 de contrôler l'encrassement du
combustible et les dangers d'incendie, à des températures
présentant un grand intérêt pour les centrales
nucléaires de grande puissance.
Détails de la conception du WR-1
